虚拟现实知识

虚拟现实在旅游景区中的运用

虚拟现实是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境———虚拟环境，可以真实地模拟现实世界可以实现的（甚至是不可实现的）物理上的、功能上的事物和环境。用户投入到这种环境中，立即有“亲临其境”的感觉，并可亲自操作、实践，与虚拟的环境交互作用。

传统的景区提供给旅游者的只能是实在的地理位置或活动范围，而虚拟现实系统通过想象还能够提供给旅游者一个实际生活中不存在的环境，也就是只要是想到的都可能实现，扩大了旅游产品的内涵和开发范围。

虚拟现实技术在近几年发展迅速，并且逐步走向成熟，开发成本也不断下降，这为景区运用虚拟现实提供了技术上和成本上的保证。就拿虚拟海洋水族馆来说，基本装置的开发成本已从以往约500万元减至30万元人民币，在效果方面也可以得到保证，甚至更好。结合近年来我国旅游业利用外资和社会资金的热点向景区建设过渡，说明将虚拟现实引入到景区的建设中来是可能的。

产品创新

使用虚拟现实的“虚拟主题公园”正在不断发展。这种新型的虚拟主题公园不但占地面积小，建设成本低，而且可以建在人口密集区域，并可立即吸引新的市场。有关专家预测，下个10年虚拟主题公园的扩张不可避免。我国在这方面已有所尝试。

世界上第一个以宇航探索为主题的“太空游”主题乐园于2004年4月12日亮相北京。该“太空游”主题乐园利用当今最先进的科技和仿真手段，将宇航知识与太空真实体验融为一体展现给人们，它是虚拟主题乐园的典型代表。可以预见这种新的虚拟现实景区将成为旅游业新的兴奋点和助推器。 景区规划

将虚拟现实引入到景区规划中来，起源于虚拟现实在建筑设计中的应用。建筑设计者用CAD(计算机辅助设计)工具对建筑物进行设计和建模，然后将产生的数据库变换成一个虚拟现实系统。客户可以通过虚拟现实系统的人机对话工具进入该建筑物的虚拟模型，在虚拟漫游的过程中针对不足之处提出修改意见。

在这种思路的启发下，景区规划也可以应用虚拟现实系统。规划可以通过虚拟现实创造出所开发景区的真实“三维画面”，以便从游客的角度审视未来的景区，确保景区美学意义上的和谐和运营运作上的顺利。如拟建中的景区如何吸引人们的视线、商业网点布置在哪里最佳、污染企业置于何处对景区影响最小等等。借助虚拟现实技术无需规划方案的真正实施，就能先期检验该规划方案的实施效果，并可以反复修改以确定最终方案的制定和施行。 网络营销

真正的虚拟旅游网站要达到销售的目的，必须尽可能地为旅游者提供精确、详细、真实的信息，吸引潜在旅游者的注意力。首先是空间信息的提供。电子地图是景区规划的必须，而电子地图的核心技术就是虚拟现实(还有地理信息系统、多媒体技术等)。其次是解决实际景观向虚拟空间移植和再现。可以充分利用数字地球和数字城市的成果，通过特定的计算机语言程序就可完成全景图像的网络漫游，使用户能以真实的感觉“进入”地图观赏美景，“沉浸”于美景之中。例如故宫虚拟旅游。从市场营销的角度来看，这使景区相关信息的受众大大扩展了，同时也革新了景区的促销和销售手段。

从原先的静态信息提供发展到动态的“沉浸式”漫游的提供，这种优势是旅游小册子或VCD光盘所力所不能及的。通过这种交互式的体验还可以加深旅游者对于景区的印象，消除旅游消费中可能存在的不确定性因素，使游览者在游览之前对于景区的质量和花费有明确的价值认知。

景区保护

将虚拟现实技术引入到景区保护领域中来，首先是着眼于一些经典热门的景区的保护。虚拟现实可以缓解这些景区经济效益与遗产保护的矛盾。

目前，敦煌研究院已决定使用虚拟现实系统，通过对莫高窟历史和现状的介绍以及虚拟漫游莫高窟的手段，将“虚拟敦煌”呈现给游客，让游客在进洞前对其有个全方位的了解，巧妙地避免了游客在洞中逗留时间过长的问题。

另外，虚拟现实系统还涉及对于已经消失或者即将出现的旅游资源进行保护和开发。例如在三峡工程竣工之后，通过虚拟现实技术使得原有雄壮美丽的三峡自然、人文景观得以再现，使后人能够重新游览这一奇异的旅游景观。

对于帝王陵寝保护和开发一直存在争论，但作为一种神秘的旅游资源自然会激起人们旅游的欲望。可以考虑通过虚拟现实将该类资源的探测结果，如整个葬墓的布局、结构等虚拟下来，经过虚拟开发(景点作为开发蓝本)，将该类型潜在的景区转变为现实的旅游景区。而开发后所获取的经济利益又可以用于支持保护，从而争取开发和保护双赢的效果。

虚拟现实技术在城市设计中的应用

计算机信息技术的发展在城市规划、建筑设计、空间环境设计领域带来了不断深入的技术革命。首先是CAD技术使绘图自动化得以普及，随后，三维效果图与动画在详细规划和建筑设计中得到推广应用。最近几年，地理信息系统（GIS）与虚拟现实（VR）技术在城市规划和城市设计中发展起来。

1 城市设计的主要内容及其对计算机图形图像技术的要求

城市设计简要地说就是为人们设计聚居地的一种艺术，它是城市规划的重要组成部分。城市设计所关心的是建筑实体的视觉效果；人与场所的连接性；活动空间与舒适环境的创造；整个城市景观改善的进程。城市设计要为建筑物实体及其空间布局，为建筑形式构图及其与周围空间的三维关系，为获得美学与社会质量成就进行视景布置建立整体框架。

1.1城市设计内容的层次性。城市设计的基本内容分为宏观、中观、微观三个层次。

宏观层次：城镇分布与城市形象。城市设计的宏观层次包括在一定区域内的城镇分布；城乡一体化规划与景观设计；城市的格局与形态、功能组团、环境保护、基础设施、分区特色与舒适的环境、城市出入口、土地利用与活动场所等。城市设计的宏观层次内容与城镇体系规划相辅相成，不过城市设计更注重于城市的关键性特征与自然景观的构成；注重城市开发建设对自然景观、文化或社会经济资源的物质的和视觉质量的直接和间接影响。在对宏观层次的城市设计进行评价时，创造高质量的城市环境和优美的城乡视野成为重要准则。包括对自然山水景观的组织与利用，视觉特征物的适宜性和可视性，整体高度轮廓和体量的协调性，与传统景观的协调性等等。为应用ArcGIS对炎陵县的自然地理、人口分布、交通条件等进行综合分析作出的城镇布局。为应用ArcGIS对炎陵县重点发展地区的用地空间发展所作的规划。规划在宏观上充分考虑了炎陵县作为人文与生态旅游县的自然环境特色。

中观层次：建筑物与空间。中观层次城市设计内容包括用地布局、建筑设计、交叉口与广场、街道和路网格局、视线走廊、连接度与整体性、体量与高度、地标物、开敞空间和公

园、人行道与步行系统的连接等等内容。中观层次城市设计内容与城市总体或分区规划相辅相成，不过城市设计主要关注开发建设对自然景观的物质和视觉质量的直接和间接影响；人工建造物的适宜性和视角的关系；对光和空气的穿透性影响；与步行道格局的协调性；与城市整体立面轮廓和体量的协调性；与地方传统的协调和对周围环境的影响等等。图3为应用ArcGIS对炎陵县城现状所作的全景鸟瞰。

微观层次：使用者环境。微观层次的城市设计内容包括建筑物的人的尺度、街道陈设、材质颜色和纹理、过渡的处理、广告和标志、街道景观等。微观层次的城市设计与详细规划设计相辅相成。在对微观层次城市设计进行评价时，自然方面主要关注功能上的适宜性。人造方面关注街道结构和功能的适宜性，创造好的步行环境，人的尺度和生活质量的提高，空间的创造等。图4为某中学新校园的大门，通过三维建模贴图生成。

1.2城市设计对信息技术的要求

从城市设计各层次的内容及评价原则来看，人与自然环境的协调，恰当的空间组织，悦目的视觉效果均是共同的追求。以往城市规划和建筑设计由于受到技术手段的限制，规划师和建筑师主要是通过二维图形加空间想象来构思和评价设计方案，仅在进行建筑单体设计或很小的群体设计中才应用三维效果图，或固定路径的动画来模拟建成后的空间关系和视觉效果。众所周知，传统的效果渲染需要耗费大量时间和占用大量计算机内存。因此多方案的交互式设计和实时动画根本不可能进行。

城市设计计算机视景仿真需要解决几个方面的问题。其一，处理数字高程模型，生成并修改三维地形，进行坡度、坡向、高程、填挖、淹没、视线视域分析。其二，进行建筑密度、容积率、可达性、缓冲、选址可行性分析，用以评价社会经济与环境效果。以上两项是GIS的典型功能。其三，大面积多单体的快速三维建模，包括建筑物、构筑物、城市家俱、广告牌、树木、车辆、人物等。一般GIS只有二维拉伸功能，称为2.5维，不是真三维。而流行的3Dmax三维建模不胜任大量对象建模与实时浏览任务。其四，实时虚拟。要能快速地重绘画面，包括对场景对象、天光背景、动画路径、视点视角等的改变均能立即作出反应。从理论上说，以上四大问题可以在一个GIS平台或统一的VR系统中得到解决，不过目前这种平台还处在研发之中，但是我们可以借助GIS与VR综合集成来解决问题。

2一种基于GIS与VR的城市设计技术方案

2.1虚拟现实系统集成。无论是GIS还是VR，当前国内外均有多种商业软件可供选用。美国ESRI的ArcGIS是世界上最先进的地理信息系统，不过它的三维建模功能不强，且没有实时虚拟动画的功能。美国Multigen-Paradigm公司的Multigen-Vega是当前虚拟现实的旗舰软件，其强大的三维建模工具Creator和虚拟仿真引擎Vega有机结合能很好地满足虚拟城市实时动画要求，不过它不具备空间分析的功能。其它的GIS与VR软件大体也是如此。所幸的是，我们已经有了一个综合两个方面的优势来解决城市设计技术问题的方案。这就是ESRI公司委托Multigen-Paradigm公司开发了一个ArcGIS扩展模块SiteBiulder，该模块使得ArcGIS具备了实时动画功能并且能接受Multigen的三维模型。于是我们就有了一个基于GIS与VR的应用于城市设计的虚拟现实系统.

2.2系统应用步骤。该系统的完整的应用包括场景的规划设计、单体的建筑设计、三维

建模并贴图、实时虚拟动画几部分内容

2.2.1城市规划设计。无论是新城区的开发还是老城区的改建均要先确定规划设计目标，提出社会、经济、环境方面的要求。根据要求，进行自然条件、建设条件等一系列的基础分析。在分析基础上完成土地利用、道路交通、建筑布局、竖向规划、工程设施等规划设计方案。值得注意的是，以往规划设计仅用CAD进行辅助设计。本系统强调应用ArcGIS技术辅助规划设计，原因有两个方面。其一，CAD不具备所要求的空间分析功能；其二，只有ArcGIS主题及主题中的特征(对象)才能被引入到SiteBiulder中进行实时动画。图5为应用ArcGIS制作的湖南城市学院新校区地势图，图6为新校园的一个规划模型。

2.2.2建筑设计。在规划布局的基础上，进行建筑设计方案。各单体设计成果仍以平、立、剖面图为主。为配合下阶段的Creator三维建模和纹理贴图，建筑师绘制的单体立面效果图很有用处。整幅有阴影的彩色立面图可以代替多块片的烦琐贴图，在三维场景中具有相当的立体效果。如有必要，某些单体可设计出多个，供虚拟替代方案优化所用。

2.2.3组织ArcGIS主题。在SiteBiulder三维场景中，各虚拟对象是以ArcGIS主题来组织并引入的。进入三维场景的主要是三维地形、道路、建筑、树木、铺地和草地。主题中的特征并不要表现对象的具体几何形状，而只要确定各对象的具体位置。例如用点主题表示建筑布局，每栋建筑物仅需要一个点来表示，每个点代表的建筑物的模型被存放在数据库中，完全相同的建筑物如住宅只须保存一个实例就行了。只要建立起点对象与建筑实例的关联，则不同的建筑物模型都会被引入场景中。

2.2.4创建三维模型。本虚拟系统采用MultiGen公司的Creator作为三维场景建模工具，它的Open-Flight采用树状层次结构来组织管理场景数据。城市设计所涉及的场地中的模型包括天空、地面、单体建筑、构造物、树木、街道陈设物、广告牌等等，建模工作量巨大。因此在建立模型之前，应根据场景中每个实体的几何空间位置以及模型内部与模型之间的相互关系，确定虚拟场景中所有单体模型的层次归属，以有利于模型的修改、调用。三维模型并非越细越好。我们要在几何真实与纹理真实之间取得某种协调。适当地划分几何面和准备适当分辨率的图片是建筑虚拟的关键。

2.3.5创建虚拟动画场景。起动ArcGIS及其扩展模块SiteBiulder，将模型库中的各模型实例与主题中的各特征建立起联系，各虚拟对象将依各自的空间位置呈现在三维场景中。SiteBiul-der有一套自己的菜单和工具，完成实时动画。

3新建校园虚拟现实应用实例

某中学新建校园临城市主次干道之一角，虚拟现实系统是在规划方案和单体设计基础上进行的。首先，应用ArcGIS根据等高线建立原始地形的数字高程模型(DEM)在充分结合地形、减少填挖量的原则下进行多方案的竖向规划设计，为建筑基地和运动场地准备合适高程的台地。随后，应用Creator建立各虚拟对象的三维模型，从而建立起模型库，层次结构.

校园设计虚拟动画场景由SiteBiulder实现。由于在模型库中储存有多种建筑单体，树木模型等等，在ArcGIS视图中准备了多种布局方案的主题，因此虚拟校园场景有多种方案，更换一种方案仅几分钟时间，其交互性远非传统三维动画效果可比。校园虚拟现实系统为确

定最终的设计方案和施工设计提供了从定性到定量的可视化依据。

虚拟现实技术在远程教学中的应用

教育应用

与传统的远程教育相比虚拟现实技术虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。

虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境。它主要具体应用在以下几个方面：

一、科技研究

当前许多高校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟现实与系统仿真的研究室，将科研成果迅速转化实用技术，有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。

二、虚拟学习环境

虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力。

三、虚拟实验

利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势。这非常有利于学生的技能训练。包括军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电器维修技能等各种职业技能的训练。

四、虚拟仿真校园

教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。虚拟校园也是虚拟现实技术在教育培训中最早的具体应用，它由浅至深有三个应用层面，分别适应学校不同程度的需求：

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